小麦营养品质的研究进展与展望

王康君 孙中伟 郭明明 张广旭 陈凤 李强 樊继伟

摘 要：营养品质的改良及综合利用正逐渐成为小麦研究与育种的重要方向。本文对小麦营养品质，主要包括蛋白质、微量元素、抗性淀粉、植物生物活性物质、膳食纤维、类胡萝卜素等的营养价值、分布、影响其积累的因素，以及彩色小麦营养品质的研究进行了综述，从建立小麦营养品质评价及加工利用标准、深入小麦精深加工研究、开展小麦功能营养研究等方面对今后关于小麦营养品质的研究提出了展望，以期为小麦营养品质的改良与综合利用研究提供参考。

关键词：小麦;营养品质;精深加工;功能营养

中图分类号：S512.1

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200415003

收稿日期：2020-03-18

基金项目：江苏省农科科技自主创新资金项目“鲜食专用小麦品种选用及优质高效栽培技术研发”（项目编号：CX（18）3010）;连云港市财政局专项资金项目“鲜食专用小麦评价标准研究及种质的创制”（项目编号：QNJJ1805）;连云港市财政局专项资金项目“彩色小麦的营养物质积累研究”（项目编号：QNJJ1914）

作者简介：王康君（1988-），女，硕士，助理研究员。研究方向：小麦育种与栽培;通讯作者樊继伟。

小麦品质是指小麦对特定用途产品的适宜程度，包括加工品质、外观品质和营养品质。我国小麦品质的研究始于20世纪80年代，前期关于小麦品质的研究主要集中于改进面筋质量及面制品的色泽等加工及外观品质。随着社会的进步、经济的发展及生活水平的不断提高，人们对饮食营养的追求越来越高，主粮的营养品质逐渐受到关注，小麦营养品质的分析及改良开始受到研究者的重视。小麦籽粒中包含很多对人体有益的营养物质，包括蛋白质、微量元素、抗性淀粉、膳食纤维、植物生物活性及类胡萝卜素等[1]，不同的营养物质在小麦籽粒中的积累与分布都有所差异，且其积累与分布会受到遗传与栽培条件的影响。不同于以往简单的面粉加工，为了满足人们对饮食营养及产品多样化的需求，小麦的加工逐渐向着精深利用的方向发展。本文从小麦营养品质的构成、特殊类型小麦的研究、小麦营养品质的精深加工利用等几方面对前人的研究进行了综述，并对小麦营养品质的研究提出了展望，以期为更深入地进行小麦营养品质的改良及利用提供参考。

1 蛋白质

1.1 小麦籽粒蛋白质的分类

小麦籽粒中的蛋白质根据溶解特性被分为清蛋白（Albumin）、球蛋白（Globulin）、麦醇溶蛋白（麦胶蛋白，Gliadin）、麦谷蛋白（Glutenin）以及未被抽提的剩余蛋白质[2]。清蛋白溶于水，主要存于胚及糊粉层，少部分存于胚乳，约占总蛋白的3%～5%;球蛋白不溶于水，溶于中性稀盐溶液，占总蛋白的6%～10%;麦醇溶蛋白不溶于水及中性盐溶液，可溶于70%～90%乙醇溶液，占总蛋白的40%～50%;麦谷蛋白不溶于水及中性盐溶液，但溶于稀酸及稀碱溶液，占小麦种子蛋白的30%～40%，按照分子量大小分为低分子量麦谷蛋白亚基（Low molecular weight glutenin subunits，LMW-GS）和高分子量麦谷蛋白亚基（High molecular weight glutenin subunits，HMW-GS），通过分子间的二硫键结合形成大分子聚合物[3〗。清蛋白和球蛋白含有较多的赖氨酸、色氨酸和蛋氨酸，是小麦籽粒形成过程中的代谢活性蛋白，合称为小麦种子可溶性蛋白质。麦醇溶蛋白和麦谷蛋白为小麦储藏蛋白，构成面筋蛋白，约占小麦蛋白质总量的80%[4，5]。不能被上述水、稀盐溶液、乙醇溶液及稀酸稀碱溶液抽提的蛋白质是麦谷蛋白大聚体（Glutein macropolymer，GMP）或SDS不溶性麦谷蛋白（SDS-unextractable polymeric proteins，UPP），許多研究证明，大分子的麦谷蛋白聚合体与小麦加工产品的品质密切相关[3，6]。

1.2 小麦籽粒蛋白质的积累

有研究通过收集不同年份及不同地区的小麦籽粒样品，分析其蛋白质及氨基酸含量。结果表明，不同地区的小麦籽粒蛋白质含量呈明显差异，主要表现为北部地区相对南部地区较高，东部地区相对西部地区高。必需氨基酸含量及总氨基酸含量亦表现出东部地区高于西部地区;不同类型小麦各氨基酸组分含量不同，所测氨基酸除酪氨酸外，其余氨基酸均表现为冬小麦低于春小麦，二者中必需氨基酸含量占氨基酸总量的比例均为28.8%[7]。籽粒发育初期游离氨基酸含量高，随着籽粒灌浆的进行，氨基酸含量逐渐下降，籽粒中蛋白质的积累呈“高—低—高”的变化趋势;品种之间差异显著，成熟期籽粒蛋白质含量高的品种，其游离氨基酸和蛋白质积累也较多。籽粒灌浆过程中，不同的蛋白质组分表现出不同的变化趋势，但是不同品质的小麦籽粒蛋白质组分含量变化动态基本一致，且强筋高蛋白品种中醇溶蛋白和谷蛋白积累量较高，弱筋低蛋白品种中醇溶蛋白和谷蛋白的积累量较低[8]。

1.3 栽培条件对小麦籽粒蛋白质积累的影响

小麦籽粒中蛋白质及氨基酸的积累受栽培措施的影响。如，灌浆期高温处理会导致小麦籽粒中蛋白质及清蛋白、球蛋白及醇溶蛋白含量显著增加，谷蛋白含量下降，地上部营养器官中游离氨基酸含量增加，成熟期籽粒中的游离氨基酸含量降低[9];增施氮肥能够提高地上部器官中的游离氨基酸含量，进而促进籽粒蛋白质的合成，但蛋白质各组分含量提高的幅度存在差异，其中清蛋白、球蛋白及谷蛋白较醇溶蛋白的增加幅度大[10，11];土壤水分亏缺严重或过多均会影响贮藏蛋白的积累[12]，与漫灌相比，滴灌可以显著提高籽粒蛋白质含量[13];吴金芝等的研究还表明，播期会影响小麦籽粒蛋白质的积累，极端晚播可以促进拔节后小麦植株氮素吸收积累，显著提高小麦籽粒蛋白质含量[14];轮作制度及茬口对旱地小麦籽粒蛋白质营养品质也会产生一定影响。有研究指出，黄土高原旱地施行小麦—红豆草轮作可使小麦籽粒蛋白质必需氨基酸含量较高，而小麦—豌豆轮作2a后，小麦籽粒蛋白质的必需氨基酸含量较低，粮饲轮作小麦籽粒粗蛋白、必需氨基酸含量及氨基酸平衡程度均要低于连作小麦[15]。

2 微量元素

2.1 小麦籽粒微量元素的积累与分布

微量元素是人体除了碳水化合物、蛋白质、脂类及钙、磷等常量矿物质元素外依然必需的营养物质[16]。不同微量元素在小麦体内的含量差异较大，表现为铁>锰>锌>铜、硼>镉>镍[17]，且锌、铜、硼、镍、铬、铅等的积累量顺序依次为：根部最大，其次是籽粒，然后是茎和叶，小麦各部位镉的累积量均较低（<0.05mg/kg），且基本无差异;而钼在小麦籽粒中累积量最高，在小麦茎叶和根部的积累量相近[18];不同基因型小麦籽粒中相同微量元素的含量也存在很大差异[19，20]。

2.2 栽培条件对小麦籽粒微量元素积累的影响

微量元素的积累受环境因素及栽培措施的影响。有研究者通过以不同的小麦品种（系）为材料，分析氮肥对小麦籽粒中微量元素含量的影响，结果表明，氮肥的施用可以提高籽粒中Cu、Zn的含量与积累量，抑制Mn的积累，而且氮肥与品种间的互作对小麦籽粒中微量元素的积累有显著的影响[21]。常旭虹等研究指出，小麦籽粒中的Fe、Mn、Zn、Cu等的含量同时受生态环境、栽培因素及遗传因素的影响，且以生态环境的影响最大，小麦对Fe和Mn的吸收受降水量的影响，Zn的吸收会受土壤有机质含量和环境纬度的影响，土壤中的K还可以促进小麦对Fe、Mn、Zn、Cu的吸收与利用;其研究还认为栽培条件对小麦籽粒中微量元素含量的影响大于遗传因素的影响，通过合理施用氮肥可弥补生态环境及品种差异造成的微量元素含量的不稳定性，对提高小麦籽粒微量元素含量有明显效果[22];在小麦生长后期喷施锌肥可以提高小麦籽粒中微量元素锌的含量，效果较土施锌肥更显著[23]。

3 抗性淀粉

3.1 小麦籽粒中抗性淀粉的分类及其营养价值

抗性淀粉，指120min内不能在健康正常人的小肠中消化吸收而转移至大肠的淀粉及其降解产物[24]。根据Lafiandra等的总结，抗性淀粉可以分为5类，包括物理包埋淀粉（Physically inaccessible，RS1），因为淀粉被包埋于食物的基质中使淀粉酶不易接近，产生酶抗性，一般存在于粉碎的籽粒中;抗性淀粉颗粒（Resistant granules，RS2），如未经糊化和未成熟的具有一定力度的淀粉颗粒，对淀粉酶具有高度的抗性，一般存在于未经糊化的生淀粉或未成熟的淀粉中;回生淀粉（Retrograded starch，RS3），经过糊化和回生后形成的一种抗性淀粉，这类抗性淀粉研究利用较多;化学修饰淀粉（Chemically modified starch，RS4），对淀粉酶产生抗性的淀粉，其往往经过化学或温度处理而发生修饰[25，26]。由于颗粒大小、形状、结晶度及相关脂质、蛋白与直链淀粉含量等的影响，抗性淀粉具有很多生理功能，如，改善肠道环境，预防结肠癌等肠道疾病;降低饭后的血糖指数，控制糖尿病病情;提高盲肠中短链脂肪酸的含量及吸收利用率，预防肥胖;促使不被小肠吸收的矿物质进入盲肠经过发酵而被吸收利用等[27]。

3.2 小麦籽粒抗性淀粉的积累与影响因素

抗性淀粉含量在籽粒灌浆期均呈现双峰曲线变化，控制抗性淀粉含量的基因在整个籽粒灌浆期均有表达，不存在时间上的间断，并且控制抗性淀粉合成的基因在灌浆末期的表达量对成熟籽粒抗性淀粉含量作用显著[28];小麦抗性淀粉含量的遗传为加性—显性模型，且显性程度为超显性，控制抗性淀粉含量的增效等位基因表现为隐性，高抗性淀粉含量的亲本中隐性基因数量多于显性基因数量[29]。

4 植物生物活性物质

4.1 小麦中植物生物活性物质的分类及营养价值

小麦籽粒中的主要植物生物活性物質有以下几种：酚酸、黄酮、叶酸、植物固醇、维生素E。其中，酚酸和黄酮抗氧化能力强，可维持人体内氧化剂和抗氧化剂的平衡，是谷物中含量最多的酚类化合物[1]。小麦是酚酸和黄酮含量较高的谷类作物，主要分布于小麦籽粒的种皮与糊粉层[30]，不同地域的小麦籽粒酚酸含量不同，欧洲、加拿大和美国小麦籽粒中酚酸含量的变异范围为326～1171μg/g[31]，中国小麦酚酸含量变异范围为541～884μg/g[32]。

叶酸是一种水溶性的B族维生素，由谷氨酸、对氨基苯甲酸与喋呤啶等组成。人体缺乏叶酸会导致巨红细胞性贫血及白细胞减少症，致使人体乏力、情绪暴躁等。孕妇怀孕前3个月内，叶酸缺乏有可能导致胎儿神经管发育的缺陷[33]。不同小麦品种中的叶酸含量存在很大差异，二倍体、四倍体及斯卑尔脱小麦中叶酸含量较高[34]。

植物固醇，又称植物甾醇，可以在一定程度上抑制人体对胆固醇的吸收，促进胆固醇的代谢并抑制其合成，降低人体内胆固醇水平，预防动脉粥样硬化及冠状动脉硬化心脏病等心血管疾病[35]。普通小麦中植物固醇含量也存在较大的品种间差异，变异范围为7%～31%，含量较多的成分是谷甾醇，为40%～61%，其次为植物酯[36]。

维生素E可分为生育酚和生育三烯酚2类，区别在于生育酚侧链为饱和脂肪酸，生育三烯酚的侧链为含3个双键的不饱和脂肪酸。维生素E是一种强抗氧化剂，能够抑制脂肪酸的氧化，保护细胞免受自由基的损害，在抗老化及免疫系统中起着重要作用。生育酚和生育三烯酚在普通小麦籽粒中的含量变异范围均为20～80μg/g[37]。

4.2 影响小麦植物生物活性物质积累的因素

有研究指出，小麦中的植酸及总酚等受生长环境影响较大，与积温、有效日照时数、日最高温度及日最低温度等相关性高，且小麦的生物活性物质主要在小麦营养生长期形成，在籽粒发育过程中转运到小麦籽粒中[38]。小麦中最主要的黄酮类化合物麦黄酮含量受基因型的影响，且存在明显的超高亲杂种优势，可通过有性杂交，培育高麦黄酮含量的品种。施氮时期对小麦籽粒中的总酚及植酸等抗氧化物的影响并不显著，而增加施氮量会降低籽粒中的植酸含量、提高总酚及γ-氨基丁酸等的含量;施磷量增加可以促进籽粒中植酸及总酚含量的增加[39]。

5 其它营养品质

膳食纤维，包括食物中所含的纤维素、半纤维素、木质素及其它混杂多糖等被誉为“人类第七大营养素”。纤维素及木质素等不能被人体自身的消化酶及肠道微生物丛分解;半纤维素及混杂多糖等可以被肠道微生物丛分解。膳食纤维摄取不足有可能导致肥胖、冠心病及糖尿病等疾病。高膳食纤维食品可以使人食后血糖反应平稳，有助于肥胖症及糖尿病患者维持正常的身体机能[27]。根据溶解特性不同，膳食纤维又被分为不溶性膳食纤维和水溶性膳食纤维。与燕麦、黑麦等相比，普通小麦中膳食纤维的含量较高，约为11.5%～18.3%[36]，小麦麸皮中约有50%的物质为膳食纤维，麦麸膳食纤维主要由纤维素、半纤维素及木质素组成，不溶性与可溶性膳食纤维的比例约为9∶1[40]。小麦麸皮膳食纤维可添加于面制品、乳制品及肉制品中，适量添加不影响食品的外观与风味[41，42]。目前，关于小麦中膳食纤维的研究主要集中于膳食纤维的功能及分离提取工艺[43-45]，而对于膳食纤维的形成过程及影响因素研究较少。

类胡萝卜素是维生素A（Vitamin A，VA）的前体物质，具有维生素A原活性。小麦类胡萝卜素主要存在于小麦胚乳中，叶黄素是主要成分，β-胡萝卜素是酯化了的叶黄素[46-48]，转换为维生素A的效率最高，可以预防维生素A缺乏症[49]。其它非维生素A原的类胡萝卜素对人体健康也有非常重要的作用，其可以作为抗氧化剂和自由基猝灭剂，清除体内的自由基，增强细胞间的交流，避免自由基与脂质过氧化的损伤。很多医学试验指出，类胡萝卜素有助于增加人体内免疫细胞的数量，预防乳腺癌等癌症的发生并抑制肿瘤细胞的增殖;对心血管病等慢性疾病有预防作用，可以保护视网膜上的黑色区域，降低白内障的发病率[50]，预防老年斑和增加铁元素的吸收等[51-53]。小麦中的类胡萝卜素还具有较强的抗氧化作用，可以延缓脂肪氧化酶对小麦胚乳中营养品质的破坏，延长小麦的储藏期。李文爽等对我国不同麦区的300余份小麦材料的类胡萝卜素组分含量进行测定，结果表明，基因型是造成不同品种小麦中类胡萝卜素组分含量差异的主要因素，但环境及基因型与环境间的互作也有一定的影响[54]。

6 彩色小麦营养品质

彩色小麦是指不同于普通白粒、红粒小麦而呈现蓝色、紫色或是黑紫色等特殊颜色的小麦品种，很多研究者将其统称为黑小麦。彩色小麦中含有多种如蛋白质、赖氨酸及钙、铁、锌、硒等对人体健康有益的微量元素与矿物质，具有很高的营养及保健价值[55，56]。不同粒色小麦籽粒中的营养物质积累也有所差异，有研究者测定发现，紫色系小麦中蛋白质含量、微量元素Zn2+含量比蓝粒小麦高，植酸含量及麸皮中提取的膳食纤维对胆酸盐和油脂的吸附也更大;而蓝粒小麦中抗性淀粉含量及微量元素Fe3+含量较紫粒小麦高，且生物活性物质含量、抗氧化能力及微量元素含量等均高于普通小麦[57，58]。

更为重要的是，彩色小麦中含有的天然花色苷在普通小麦中含量极少。花色苷具有清除体内自由基、抗突变、抗氧化及提高免疫力等功能，葡萄、草莓、洋葱及红心萝卜等水果和蔬菜都是花色苷的重要来源，但这些均不是日常主食，作为人们日常大量食用的谷物，彩色小麦因为富含花色苷而成为抵抗疾病的重要膳食来源。花青素是花色苷的水解产物，其因具有维持血管正常渗透压，减少血管脆性，改善心肌营养，抑制细胞生长及抗氧化、抗癌等多种保健功能而被分离出来，应用于食品、医药领域的研究[59，60]。彩色小麦也逐渐成为天然花青素类色素的新资源，受到研究者的重视，如彩色小麦籽粒花色苷组成分析、色素含量积累、籽粒中的抗氧化物质及营养特性等研究均已见诸报道[61-63]。

7 展望

随着人们对营养及健康饮食的逐渐重视，越来越多科研人員开始了关于小麦营养品质的分析与改良研究，但是目前关于小麦营养品质的研究大多较为单一，主要集中在营养成分总含量的分析，对于各种营养成分的积累及其相互间的影响尚未有较多更深入的研究，对于小麦营养品质的改良及综合利用的研究也并未形成系统。综合前人研究，为提高小麦营养品质及充分发挥小麦营养价值，针对今后的研究提出以下几点展望。

7.1 建立健全小麦营养品质评价及加工利用标准

长久以来的研究使得小麦加工品质有了一套完备的评价标准及检测技术，而小麦营养品质的检测尚处于对单一元素的分析阶段，尚无完善的标准进行评判。未来的研究应结合营养健康食品及加工技术的研发，在现有技术的基础上制定小麦营养品质相关的评价标准，研究新型营养品质快速检测技术，并针对不同营养成分的加工利用制定相关标准，为小麦营养品质的改良育种及栽培提供依据。

7.2 深入小麦精深加工研究，充分发挥小麦营养价值

以往小麦的加工产物最主要是面粉，精深加工发展不足，且由于对“精米白面”的追求，麸皮及糊粉层作为面粉加工副产品被丢弃，造成了小麦营养成分的大量浪费。只有充分深入小麦精深加工研究，才能使小麦营养价值得到最大化的发挥。要加强全麦食品的研发，虽然全麦食品已逐渐成为健康食品的发展重点，但由于我国小麦籽粒污染相对较重，且全麦食品的口感较差，因此协调改良营养品质和加工品质，为人们提供优质健康的麦类食品，还需进一步发展现代食品的加工工艺及加大全麦食品的研究力度;副产物的优化利用及功能性产品的开发，膳食纤维、维生素、胡萝卜素及部分微量元素等大量存在于麸皮中，除了与胚乳一起作为全麦进行加工利用，也可以针对麸皮中含有的特定营养物质进行功能性食品的开发。

7.3开展营养功能育种，推进特用小麦产业发展

随着人们生活水平的日益提高，对于主粮的要求也不再满足于温饱，对美好生活的向往也越来越多地追求主粮营养、口味及产品的多样化。现阶段我国居民的膳食结构不尽合理，铁、锌等微量元素缺乏，淀粉、糖和脂肪等过剩，造成营养性疾病越来越普遍。因而，在保障粮食产量基础上，应开展小麦营养功能研究，将提高矿物营养元素含量等作为育种目标，推进特用小麦产业发展。

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（责任编辑 贾灿）